Thermoelectrics - Interdisziplinäres Zentrum für ...

Al-Wärmetauscher
Zellen zur
Versorgung des
TE-Moduls TE-Modul
Solarzelle
Sonnenlicht
Frischluftzufuhr
Abb. 22: Konzept eine Solarzelle, die durch ein thermoelektrisches Modul (TE-
Modul) aktiv gekühlt wird (nach Najarian und Garnett [33])
4.3 Solarthermoelektrik
Der gegenwärtige jährliche Energiebedarf der Weltbevölkerung liegt bei 5 · 10 20 J.
Diese Energiemenge wird von der Sonne innerhalb einer Stunde bereitgestellt.
0,015 % der Weltproduktion an Elektroenergie werden gegenwärtig durch Photo-
voltaik geliefert. Insgesamt produziert die Menschheit 10 TW, während die Sonne
kontinuierlich 10 5 TW bereitstellt [14].
Nichtfokussiertes Sonnenlicht kann eine Flüssigkeit bis auf etwa 200 °C erwär-
men. Das ist mehr als genug, um mit solarthermischen Anlagen Wohnbereiche
oder Wasser zu heizen. Mit konzentriertem Sonnenlicht lassen sich Wärmekraftma-
schinen betreiben, wie die in der kalifornischen Mojavewüste mit einer Peaklei-
stung von 350 MW bei Wirkungsgraden zwischen 20 und 30 %.
Thermoelektrische Materialien ohne bewegliche mechanische Teile können die
Wärmeenergie der Sonne direkt in Elektroenergie verwandeln. Es erscheint viel-
leicht besonders attraktiv, Photovoltaikzellen mit thermoelektrischen Bauelemen-
ten zu kombinieren. Zwei Szenarien sind denkbar: TeB können benutzt werden,
um die Abwärme des Solarmoduls zu nutzen oder um dieses zu kühlen und damit
eine Effizienzsteigerung zu erzielen. Eine erste Studie [33] am Renewable and Ap-
propriate Energy Laboratory (RAEL) Berkeley mit einer handelsüblichen polykri-
stallinen Si-Solarzelle und einem kommerziell erhältlichen Peltierkühler brachte
folgende Ergebnisse: Die Kombination einer Solarzelle mit der Abwärmegewin-
nung bringt eine Effizienzsteigerung von etwa 2 %, wobei sich die Kosten um ca.
12 $ pro Watt erhöhen. Eine aktive Kühlung der Solarzelle (Abb. 22) bringt da-
gegen eine Steigerung von etwa 11 % bei Kosten von 7 $ pro Watt. Der günstige
Kühlungseffekt wird noch größer bei zweifacher Konzentration des Sonnenlichts
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